Quantidades nas Transformações Químicas

Quantidadesnas transformações

~ .qUlmlcas

capítulo

7

Existe uma relação entre asquantidades de reagentespara formar os produtos deuma reação química?

No estudo introdutório de reações qUlmlcas,realizado no capítulo 6, pudemos verificar que amassa conserva-se nas reações químicas. O fato deque a massa de um sistema reagente não aumentanem diminui em conseqüência da reação químicaimplica que a soma das massas dos reagentes éigual à soma das massas dos produtos. Observamostambém que, para que esse princípio seja verificado em reações cujos produtos ou reagentes sãogasosos, a reação deve ser realizada em sistemasfechados, de modo a impedir que os gases escapemdo sistema para a atmosfera.

Naquela ocasião, no entanto, não discutimos sehá alguma relação entre as quantidades das substâncias que reagem para formar os produtos. Natentativa de descobrir essas relações, algumas perguntas podem ser formuladas: Todos os reagentesse transformam em produtos? Há alguma propor-

ção ideal entre a quantidade das substâncias reagentes no sentido de formar a maior quantidade possível de produtos?

Nesta atividade, tentaremos responder a essasquestões, examinando alguns dados obtidos em umexperimento envolvendo a reação entre nitrato dechumbo II [Pb(N03)2J e iodeto de potássio (KI).

O experimento foi escolhido para investigaressas questões porque a reação entre o Pb(N03h eo KI forma um produto insolúvel em água, que seprecipita na forma de um sólido amarelo. Se deixarmos o sistema em repouso, após adicionarmosos reagentes, o precipitado amarelo se deposita nofundo do tubo. Se, após isso, medirmos, com oauxílio de uma régua, a altura do precipitado formado, teremos condições de comparar a quantidade de produto formado quando se misturam diferentes quantidades de reagentes. Para que possamosefetuar essa comparação, usaremos soluções de nitrato de chumbo (II) e iodeto de potássio numa mesma concentração (0,5 mol/L). Isso significa que,num mesmo volume dessas duas soluções, tem-se amesma quantidade de um e de outro reagente. Voltaremos a discutir o significado dessa idéia de "mesma quantidade" no texto 1, após realizarmos estaatividade.

[A1] Reproduza o quadro 7-1 em seu caderno eacrescente mais uma coluna com o título:

relação iodeto/nitrato.

[A2] Utilizando os resultados obtidos para o experimento registrados no quadro 7-1, preencha a

coluna relação iodeto/nitrato, dividindo os

volumes de cada tubo pelo menor valor. Por

exemplo, no tubo 1, dividindo-se 10 mL e

2 mL por 2 mL, encontra-se que a relação

iodeto/nitrato é 5/1 (lê-se 5 por 1).

[A3] Faça um gráfico, em papel milimetrado ouquadriculado, da altura do precipitado obti

do em centímetros (eixo das ordenadas) em

função da relação iodeto/nitrato (eixo das

abscissas) .

1 1021,0

2

842,5

3

661,0

4

480,8

5

2100,5

Quadro 1-1.

»>

O que fazer

Figura 1-3: As alturas dosprecipitados foram medidas com uma régua.

Em seguida, me

diu-se a altura do pre

cipitado nos cinco tubos, usando uma ré

f!!!!!. Os resultados fu: Iram anotados no quadro 7-1.

que foi feito

taterial

Estabelecendo a relaçãoeal entre as quantidades de nitrato

e chumbo (11) e iodeto de potássioara a formação de iodeto de chumbo

) (precipitado amarelo)

-=_'a 1-2: Os cinco tubos contendo os precipitados.

Adicionou-se aos cinco tubos o volume de

_ção 0,5 moljL de nitrato de chumbo (II) indi

_.: para cada tubo no quadro 7-1. Os tubos de

- ..:aio foram deixados em repouso, por no mínimo

. utos, até que o precipitado (ppt) estivesse

-: sitado no fundo.

=:=_ca 1-1: A foto mostra os tubos de ensaio com quanti-:es diferentes de KI.

Em cinco tubos de ensaio numerados, coloca

-; -se diferentes volumes de KI 0,5 moljL.

QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO 153

Ou stõ

Baseando-se nos dados do quadro em seu

caderno e do gráfico construído, que relação

iodeto/nitrato possibilitou a formação da

maior quantidade de precipitado amarelo?

O • Considerando a relação que você encontrou

em Q1 como a relação ideal entre os volumes

de iodeto de potássio e nitrato de chumbo

(Ir), em que tubos você avalia que exista:

a) iodeto de potássio sem reagir (em exces

so). Explique sua resposta.

b) nitrato de chumbo (Ir) sem reagir (em ex

cesso). Explique sua resposta.

Verificando a existência deexcesso de reagentes

Para verificar a existência de excesso de rea

gentes, retirou-se, com o auxílio de um conta-go

tas, algumas gotas da solução sobrenadante ma

terial que fica acima do precipitado) de cada tubo

para verificar se ela reagia com iodeto de potássio

e com nitrato de chumbo (Ir).

Figura 7-4: Retiramos o sobrenadante com um conta-gotas.

154 QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO

e toes reLimInares

Caso o sobrenadante reaja com o iodeto de

potássio, que reagente está em excesso?

Caso o sobrenadante reaja com o nitrato de

chumbo (Ir), que reagente está em excesso?

a) Se nenhuma reação ocorrer, há algum rea

gente em excesso?

b) Nesse último caso, o que você pode con

cluir sobre a proporção entre iodeto de

potássio e nitrato de chumbo (Ir)?

Foram retiradas três gotas da solução sobre

nadante de cada um dos cinco tubos do experimen

to anterior, que foram colocadas, respectivamente,

em cinco tubos de ensaio etiquetados de 1 a 5, de

acordo com a numeração dos tubos da parte A.

Pingamos duas gotas de solução de nitrato de

chumbo (Ir) em cada um dos cinco tubos.

Registramos o que foi observado na coluna "~com nitrato".

Repetimos o procedimento descrito anterior

mente usando o outro conjunto de tubos numera

dos. Duas gotas de solução de iodeto de potássio

foram colocadas em cada tubo de ensaio. O que fo:

observado está registrado na coluna "Teste comiodeto".

• I

negativo

positivo

2

negativonegativo

3

positivonegativo

4

positivonegativo

5

positivonegativo

Quadro 7-2.

e!; S

a Qual foi a evidência de que ocorreu uma

reação química quando se misturou iodeto

de potássio e nitrato de chumbo (Ir)?

a . Compare suas respostas à questão Q2 da

parte A com os resultados obtidos na parte

B. Suas expectativas foram confirmadas pela

experiência? Explique.

Tente escrever a equação para essa reação

química, levando em consideração a relação

ideal que você obteve entre os reagentes.

Considere que o precipitado amarelo é io

deto de chumbo (lI) e que o outro produto

formado, nitrato de potássio, se encontra na

solução sobrenadante por ser solúvel em

água.

Na equação que você escreveu na questão08, o número de átomos de cada elemento

químico é o mesmo nos reagentes e produ

tos? Deveria ser? Por quê?

Reescreva (ser for ocaso) a equação quí

mica para a reação entre iodeto de potássio

e nitrato de chumbo (lI), levando em consideração o que ~foi respondido na questão 09.

• É usual, ao escrever uma equação química,

indicar o estado físico dos reagentes e pro

dutos, (s) quando no estado sólido, (l) quan

do no estado líquido, (g) quando no estado

gasoso e (aq) quando em solução aquosa.

Considerando essa informação, reescreva a

equação química para a reação entre iodeto

de potássio e nitrato de chumbo (lI).

1 • Na equação obtida na questão 010, o que

indica que a relação ótima entre iodeto de

potássio e nitrato de chumbo (lI) é a quevocê encontrou na parte A?

13. Nessa atividade, você descobriu que existe

uma relação ideal entre as quantidades de

iodeto de potássio e de nitrato de chumbo

(lI) que reagem para formar iodeto de

chumbo (lI) e nitrato de potássio. Nos tubos

nos quais essa relação ideal não foi obser

vada, sempre existiu excesso de um ou de

outro reagente.

a) Oual foi a relação ideal encontrada nesseexperimento?

b) Se você usasse outros reagentes, encon

traria alguma relação ideal? Ela seria a

mesma? Explique.

Estamos discutindo, nessa atividade, a existên

cia de uma relação entre as quantidades de

reagentes na formação dos produtos de uma reação

química. Observamos que as substâncias sempremantêm a mesma proporção ao se combinarem.

Essa idéia foi sugeridá no final do século XVIII porum cientista fran-

cês, Joseph Louis

Proust 1754-1826),

e é conhecida co

mo Lei das Proporções Definidas ouLei de Proust.

Figura 7-5: JosephProust sugeriu, nofinal do século XVIII,

a Lei das ProporçõesDefinidas.

Por meio dessa lei, Proust foi capaz de mostrar

que as substâncias não se combinavam numa va

riedade infinita de proporções, como pensava, por

exemplo, Lavoisier, mas apenas em proporções

definidas por números inteiros. Usando essa idéia,

Proust foi capaz de propor uma definição para

compostos químicos "verdadeiros", de modo a dife

renciá-los de soluções e ligas metálicas. Segundo

Proust, esses compostos verdadeiros teriam com

posições definidas, independentemente da forma

como teriam sido preparados. Nas palavras deProust:

"... um composto é um produto privilegiado ao

qual a Natureza confere proporções fixas ...


2xl=2 2x3=6 2x1=21x2=2

lx2=2 3x2=6 2x1=22x1=2

Produtos

Reagentes

II t· ,. I

Quadro 7-3: Conte os átomos nos reagentes e produtos nas

duas equações e verifique você mesmo essa igualdade.

A partir dessa observação, podemos concluirque haveria um outro método, bem mais rápido,

para determinar a relação ideal para a reação entresoluções de nitrato de chumbo e iodeto de potássio de mesma concentração. Bastaria escrever a

equação química e adicionar os coeficientes necessários para que o número de átomos nos reagentes

ficasse igual ao número de átomos nos produtos.Os químicos chamam esse processo de balanceamento de equações químicas, o que significa di

zer que, após igualar o número de átomos nos reagentes e produtos, a equação está de acordo com a

lei da conservação das massas, ou seja, encontramos a mesma massa tanto nos reagentes quanto

nos produtos.

Observe que, para podermos comparar os vo

lumes de cada solução na atividade 1 e concluirmos que o dobro do volume de solução de io

deto de potássio em relação à de nitrato de chum

bo significava o dobro da quantidade de iodeto de

potássio em relação ao nitrato de chumbo, tivemosque usar soluções de mesma concentração em mol

por litro.

Se usássemos soluções com a mesma concen

tração em gramas por litro poderíamos concluir amesma coisa?

A resposta é não. Como os átomos que formamas moléculas e íons têm massas diferentes, a

mesma massa de duas substâncias diferentes quase

nunca corresponde ao mesmo número de átomos,

moléculas ou íons. Com isso, surgem alguns problemas para os químicos.

ocorre na equação (I). Para efetuar essa contagem,você deve multiplicar cada átomo por seu índice,

pelos índices que vêm depois do parêntese (quan

do for ocaso) e pelo coeficiente, que é o número

que vem antes da fórmula. Observe que o coefi

ciente ou índice é omitido quando seu valor é

igual a 1. Vejamos o exemplo dessa contagem no

quadro 7-3.

coeficientesíndíces

Pb(N03h (aq) + 2KI(aq) - Pb12(s) + 2 KN03(aq) (lI)

V ~

Contando átomos, moléculase íons

Na atividade 1, você trabalhou com dados de

um experimento para veri!icar qual é a relaçãoideal entre os volumes das soluções de nitrato de

chumbo II (Pb(N03h) e iodeto de potássio (K1) que

reagem para formar um sólido amarelo, iodeto de

chumbo (Pb12) e um outro sal solúvel, nitrato de

potássio (KN03). Poderíamos representar essa

reação por meio de uma equação química:

Sabe-se, hoje, que nem todas as substâncias

compostas seguem a Lei de Proust, pois existem

algumas para as quais as proporções entre os áto

mos podem variar. Para a maioria das substâncias

com as quais lidamos em nosso cotidiano e paratodas aquelas com as quais trabalharemos ao longodo nosso curso, a Lei de Proust, no entanto, con

tinua essencialmente válida e aplicável.

Se contarmos quantos átomos de cada tipo

existem nos reagentes e nos produtos na equação

(lI), encontraremos o mesmo número, o que não

Como se observou na atividade 1, a proporção

ótima na reação entre iodeto de potássio e nitrato

de chumbo foi de 2/1. Como as soluções tinham a

mesma concentração, isso nos obriga a reescrever a

equação (I) colocando um coeficiente 2 na frente

do iodeto de potássio, para indicar essa relação. A

equação ficaria da seguinte forma:

Devemos reconhecer, portanto, ... que as carac

terísticas de um composto verdadeiro são inva

riáveis como a proporção entre seus elementos ... "

(PROUST, J. L. J. de Phys., LXIII, 1806, 364 f. Citado em

Partington, J. R. A Histary af Chemistry. London: MacMillan, 1964.

v. 3, p. 650.)

156 QUíMICA PARA o ENSINO MÉDIO

=.Jmo trabalhar com equações que representam: , moléculas e íons se parece ser muíto difi

_ ~ouco prático "contar" essas partículas?

-abendo que é fácil pesar as substâncias, que:::2.0 poderia ser estabelecida entre massa e nú

-. e átomos e moléculas?

.n resposta a essas questões passa pelo estabe-ento de urna unidade que expressa a grandeza

tidade de matéria, conhecida corno moI. Ao:: da história o homem percebeu a conveniência

- =stabelecer unidades que facilitassem a medida- :oisas. Essasunidades foram estabelecidas de for-

:: ais ou menos arbitrária. Por exemplo, o siste:: :nglês de medida, ainda em uso na Inglaterra e. : Estados Unidos, se baseou em partes do corpo

-':-""3. estabelecer medidas de comprimento. Fala-sepolegadas, pés, jardas, braças, etc.

Para medir a quantidade de coisas tambémram inventadas medidas corno a dúzia, o cento,

=--=. Essas medidas são usadas em feiras, mercados

::> permercados para vender ovos, laranjas, etc.

qgura 7-6: A dúzia é uma medida utilizada para medir, porexemplo, a quantidade de ovos. Para o químico, a medidal1ais utilizada é o mal.

A unidade de medida dos qUlmlcos, o mol,também mede a quantidade d~ coisas, só que decoisas infinitamente pequenas, corno átomos, moléculas, íons, elétrons, etc. A definição de mol,estabelecida na 14' Conferência Geral de Pesos e

Medidas, realizada em 1971, é a seguinte:

"Mol é a quantidade de substância de um sistema que contém tantas partículas elementaresquanto são os átomos em 0,012 kg de carbono-12.

Quando o mol é usado, as entidades elementarestêm que ser especificadas e podem ser átcmos,moléculas, íons, elétrons, outras partículas, ougrupos especificados dessas partículas." (Em LIDE,D. R. (Ed.). Handbaak af Chemistry and Physics,

75th edition, CRCPress, 1994.)

Para entendermos um pouco mais o que significa essa unidade de medida e sua relação com amassa das substâncias, vamos fazer urna analogia.Imagine que você tenha que medir a quantidade debolinhas de isopor que cabe em urna garrafa derefrigerante de 2 litros. Se você colocar bolinhaspequenas vai encontrar um número maior de bolinhas do que se optar por bolinhas com um diâmetro maior .

Figura 7-7: Na garrafa que contém bolinhas de diâmetromenor temos um maior número de bolinhas.

Podemos pensar o mesmo em relação aos átomos, moléculas e íons. Emurna amostra de 1 gramade moléculas de hidrogênio certamente há maismoléculas do que em urna mesma massa de moléculas de água, pois esta última pesa mais que amolécula de hidrogênio. Se quisermos comparar


"

São tantos zeros que é muito mais fáci:

escrevê-los na forma de potência de 10. Na ativ:

dade 2, a seguir, vamos realizar alguns cálcul :

para ter uma idéia da dimensão desse número.

o... "o

o

:;, o." O ",

o. o, • <>. "

000 Q.•••. "" (.J

A possibilidade de contar átomos e moléculas

foi concretizada quase cem anos depois. Em 1913.

Jean Perrin publicava um livro intitulado Les

Atomes, em que se referia a trinta maneiras dife

rentes de determinar a constante de Avogadro.

Não é fácil ter uma idéia de quão grande é

número de partículas contidas em um mol e quã

pequenas são, portanto, as partículas que ele enu

mera. Escrevê-lo na forma de potências de 10 éconveniente, pois, se escrevêssemos na forma con

vencional, esse número seria assim representado:

602 000 000 000 000 000 000 000 = 6,02 X 102~

"Tem que ser admitido que uma relação

muito simples também existe entre os volumes

de substâncias gasosas e o número de molécu-

las simples ou compostas que as constituem. A

primeira hipótese a se apresentar em relação a

isso, e aparentemente a única admissível, é a

suposição de que o número de moléculas inte

grantes em qualquer gás é sempre o mesmo

para volumes iguais ou é sempre proporcionalao volume."

(AVOGADRO, A. Citado em Partington, J.R. A HistaryafChemistry. London: MacMillan, 1964. v. 4, p. 214.).

entre essas massas e a respectiva quantidade é conhecida como massa molar; assim, a massa molar

do hidrogênio atômico é igual a aproximadamente

1,0 g/mol e a massa molar da água, a aproximada

mente 18,0 g/mol.

Numa publicação de 1811, Avogadro assim se

referia àquilo que mais tarde se tornaria conhecido

como "Hipótese de Avogadro" ou, ainda, "Lei deAvogadro":

Figura 7-9:Amedeo Avogadro,noinício do século XVIII, propôs aHipót::lsede Avogadro.

Um mol é uma quantidade suficientemente

grande para que, por exemplo, essa quantidade de

átomos de hidrogênio, o mais leve de todos os áto

mos, pese aproximadamente 1,0 grama. Analo

gamente, a massa de 6,02 x 1023 moléculas de á

gua é, aproximadamente, 18,0 gramas. A relação

Figura 7-8:Quantidades de diferentes substâncias que correspondem a 1 mal.

quantidades iguais de átomos, moléculas ou íons,

devemos estabelecer uma unidade que tenha a

mesma quantidade dessas partículas, mas em um

número suficientemente grande para que possamos

pesar essa quantidade. Essa unidade é chamada de

mol, e equivale a 6, 02 x 1023 partículas, sejam áto-

~, moléculas, íons, elétrons, etc. A relação entreesse número e a respectiva quantidade é conhecida

I como constante de Avogadro (6,02 x 1023/mol) emhomenagem ao químico italiano Amedeo Avogadro

(1776-1856), que, no início do século XIX, deu con

tribuições importantes para o avanço da hipóteseatômica formulada por Dalton. Avogadro propôs uma

hipótese que sugeria a possibilidade de "contar" átomos e moléculas.

158 QUÍMICA PARA o ENSINO I~ÉDIO

?ara ter uma idéia do tamanho do número re

===... tado pela constante de Avogadro, vamos cal-

=- quanto tempo demoraria para "contar" as

-- =-::ulasde água em um mol de água (18,0 g), o

:.-= equivale, aproximadamente, ao volume de

:-=.: colheres das de sopa.

Supondo que você conte 1 molécula por se

gundo, calcule:

a) Quantas moléculas você contaria em umahora?

b) Quantas moléculas você contaria em umdia?

c) Quantas moléculas você contaria em umano?

d) Quantos anos você demoraria para contaras 6,02 x 1023 moléculas existentes em

1 mol (18,0 g) de água?

Se você calculou corretamente, terá encontra

io um número que ainda não faz sentido, algo

:omo 19 quatrilhões de anos. Ou seja, se você "ti

cesse começado a contar" quando o planeta Terra:ê formou, há cerca de 4,6 bilhões de anos, estaria

. nge, mas muito longe mesmo, de terminar essa

: ntagem.

AS] Suponha que você fosse capaz de dispor es

sas moléculas lado a lado ao longo de uma li

nha. Considere que cada molécula de água

seja uma esfera de aproximadamente 10-10

metros de diâmetro (isso é uma aproximação

para facilitar os cálculos. Uma molécula de

água não é esférica e é ligeiramente maior, já

que cada ligação O-H mede, aproximada

mente, 0,96 x 10-10 metros, para uma mo

lécula de água no estado gasoso). A partir

desse dado, calcule e responda:

a) Quantas moléculas você seria capaz de

dispor em 1 metro?

b) Quantas moléculas você seria capaz de

dispor em 1 quilômetro?

c) Considerando que a circunferência em

torno da Terra, na linha do Equador, me

,de aproximadamente 40 000 km, quantasvoltas seriam necessárias dar em torno da

Terra, no Equador, para dispor todas as

moléculas de água ao longo dessa linha?

Se você calculou corretamente, terá encontra

do um número ainda muito grande de voltas (algo

em torno de 1,5 milhão) em torno da Terra.

Apesar de representar um número de dimen

sões difícil de imaginar, a unidade de quantidadede matéria - o moI - é uma unidade extremamente

útil nos cálculos químicos. Como veremos nas ativi

dades seguintes, o uso de quantidades expressas

em mol e de concentrações expressas em moljL

permitirá a simplificação dos cálculos envolvendo

quantidades de produtos e reagentes nas reações

químicas.

Relacionando quantidade dematéria e massa dos materiais

Nesta atividade vamos usar a grandeza quanti

dade de matéria, expressa por meio de suaunidade, o mol, para estudar as relações entre

quantidade de matéria e massa. Como não podemos

contar átomqs, moléculas e íons, não precisamosnos preocupar com o número 6,02 x 1023, o nú

mero de partículas (átomos, moléculas, íons, etc.)

em 1 mol. Você teve oportunidade de conhecer e

imaginar o que significa um número dessa dimensão na atividade 2 e no texto 1. O fundamental,

porém, é que nos lembremos unicamente de que

um mol de qualquer substância tem sempre a mes

ma quantidade de átomos, moléculas ou íons dessa

substância, seja ela água, cloreto de sódio, ácidoclorídrico, etc.

É muito fácil saber qual é a massa, em gramas,

de um mol de qualquer átomo, pois basta consul-

QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO >

"

'I

<I)

,<I;.~'::O;

',-'::;:l'o<I)~-oU"<I;::o;Ir:o~, <I)'z'<I;Ir:~, <I)<I;,z<I)~

.~ QE:::z::;.0

tar a tabela periódica moderna. Como, nas tabelas

periódicas modernas, as massas atômicas relativas

(números puros) são expressas em relação ao isó

topo de carbono-12, a massa de um mol de átomos

(massa molar) equivale ao mesmo número, em gra

mas por mol. Por exemplo, as massas atômicas re

lativas do hidrogênio e do oxigênio são aproxi

madamente 1,0 e 16,0, respectivamente; portanto,

as massas molares do hidrogênio atômico e do

oxigênio atômico são aproximadamente 1,0 g/mol

e 16,0 g/mol, respectivamente. A partir desses

valores, podemos calcular as massas molares de

diferentes moléculas, ou seja, a massa de um mol

de substâncias simples ou compostas, expressa em

gramas por mol. Basta multiplicar os índices que

aparecem na fórmula da substância pelas massasmolares dos átomos e somar todas essas massas

obtidas.

Tomemos um exemplo muito simples, a água, cuja

fórmula molecular é H20. Se você consultar a tabela

periódica, encontrará as massas atômicas relativas do

hidrogênio igual a 1,0 e do oxigênio igual a 16,0.

Como o índice do hidrogênio é 2 na fórmula da

água, para calcular a massa molar da água multi

plicamos 1,0 g/mol por 2 e somamos a massa molar

do oxigênio, 16,0 g/mol, que é multiplicada por 1,

índice (omitido) do oxigênio na fórmula da água.

Assim, a massa molar da água é:

Massa molar da água = (2 x 1,0 g/mol) +16,0 g/mol = 18,0 g/mol

Ou seja, 1 mol de moléculas de água tem a

massa de 18,0 gramas.

Volume Molar dos GasesPara definir o volume molar, vamos retomar as

palavras que Avogadro usou para se referir àquiloque mais tarde se tornaria conhecido como "Hipó

tese de Avogadro" ou ainda "Lei de Avogadro":

Tem que ser admitido que uma relação muito

simples também existe entre os volumes de subs-Itâncias gasosas e o número de moléculas simples

ou compostas que as constituem. A primeira

hipótese a se apresentar em relação a isso, e

aparentermente a única admissível, é a suposição


de que o número de moléculas integrantes em

qualquer gás é sempre o mesmo para volumes

iguais ou é sempre proporcional ao volume.

(Citado em Partington, J.R. (1964) A histary af Chemistry.Volume 4. london: Macmillan, p. 214.)

Essa hipótese viria a ser comprovada mais tardE

e permitiu a definição da grandeza Volume molar

válida para gases:

Um mol de qualquer gás sempre ocupa, nas

·1 mesmas condições de temperatura e pressão, omesmo volume.

'---------Definindo as Condições Normais de Tempe

ratura e Pressão (CNTP) como a temperatura de O0,

e a pressão de 1 atm, o volume molar dos gases éigual a 22,4 dm3/mol. Corno 1 dm3 = 1 litro (L),

podemos dizer que, nas CNTP,um mol de gás OCUp2

um volume de 22,4 L. Essa quantidade correspo:-

de, aproximadamente, ao volume de 11 garrc.:i.

PET (de refrigerante) de 2 L ou a um cubo de 28,2 de aresta.

A grandeza Volume molar permite que sei~

realizados cálculos estequiométricos relaciona:-

quantidade de matéria (em mol) e volume' "

massa-volume. Nunca é demais lembrar que 0:"volume se aplica somente aos gases. Isso porquê :.

moléculas num gás ideal permanecem iso lai.:..:.

como moléculas individuais. É por isso também ':.muitos gases reais vão exibir uma pequena c::rença em relação a esse comportamento iu=:....

exibindo valores ligeiramente diferentes pc::.entre outros, o volume molar.

Usando volumes de recipientes conheci

(por exemplo, as garrafas de refrigerante PET -=.

volume de dois litros), estime o que significa, =termos reais, o volume molar de um gás nas QI_-

Considerando que você fosse contruir um cr.::r

de 22,4 L, calcule quanto mede urna aresta dõ.:'Õcubo.

rcicios

_-ando os valores de massa atômica dos ele

-entos que estão na tabela periódica, de

::rmine as massas molares das seguintesillbstâncias:

_ Nitrato de prata - AgN03

- Cloreto de bário - BaClz:: Cloreto de sódio - NaCl

:) Carbonato de sódio - NaZC03

e) Nitrato de chumbo II - Pb(N03)z

que significa dizer que a massa molar do

'odo atômico é aproximadamente 127 g/mol?

Qual é a massa de meio mol de nitrato de

potássio (KN03)?

Critique a afirmação: "Se a massa molar de

um elemento X é duas vezes maior que amas-sa molar do elemento Y, um mol de áto

mos de Y contém duas vezes a quantidade de

matéria presente em um mol de átomos de X".

Qual é a quantidade de matéria, em mol,

contida em 25,5 9 de amônia - NH3?

Qual é a quantidade de matéria, em mol, de

íons (cátions e ânions) que está contida em

2 mols de brometo de cálcio (CaBrz)?

Questões de exames vestibulares

1 (UFMG-97) Em um creme dental, encontra

se um teor de flúor de 1,9 mg desse elemen

to por grama de dentifrício. O flúor adiciona

do está contido no composto monofluor

fosfato de sódio NaZP03F (massa molar:

144 g/mol). A quantidade de NaZP03F uti

lizada na preparação de 100 9 de cremedental é:

a) 0,144 g.

b) 0,190 g.

c) 1,44 g.

d) 1,90 g.

E7. A massa de 40,0 mols de uma substância é

1200,0 g.a) Calcule sua massa molar.

b) Sabendo que 1 mol dessa substância con

tém 6,0 9 de átomos de hidrogênio e queô outro elemento presente é o carbono,

qual é sua fórmula molecular?

E8. O óxido nitroso (NzO), um dos primeiros

compostos gasosos a ser isolado e identifi

cado, foi o primeiro anestésico sintético a

ser descoberto, sendo conhecido como gás

hilariante em razão da euforia leve que

causa quando inalado em baixas concentra

ções. Em relação ao óxido nitroso, responda:

a) Qual é sua massa molar?

b) Se fosse possível realizar um experimen

to envolvendo a decomposição dessa subs

tância, poderíamos obter dois gases: o ni

trogênio (Nz) e o oxigênio (Oz). O que

você poderia dizer em relação ao volume

desses dois gases que seriam formados?

Justifique sua resposta.

015. (UFMG-97) Um bom método para a

preparação controlada de oxigênio

muito puro é a decomposição térmica

de permanganato de potássio sob

vácuo. Essa reação pode ser represen

tada pela equação

2 KMn04(s) ....•KZMn04 (s) + MnOz(s) + Oz(g).

Com relação à decomposição completa de

2 mols de permanganato de potássio, é

incorreto afirmar que:

a) a massa de KMn04 (s) decomposta é

316,0 g.

QUíMICA PARA o ENSINO MÉDIO 161

1,207

1,200

1,204

1,205

1,34

1,26

1,00

1,18

1,05

1,11

0,830

0,980

(UFSCAR-2000) Durante uma aula de la

boratório, um estudante queimou ao ar

diferentes massas iniciais (mi) de espon

ja de ferro. Ao final de cada experimento,determinou também a massa final resul

tante (mf)' Os resultados obtidos estão

reunidos na tabela a seguir.

(UFPB-98) Um comprimido de aspmna

contém 120 mg de ácido acetilsalicílico

C9HS04• O número de moléculas do ácido

contidas em um comprimido de aspirinaé:

a)4,0 x 102~

b)4,0 x 101~

~6,0 X 102~

d)7,2 x 1023.

e)4,0 x 102~

(UFPB-2000) A cafeína, um estimulantebastante comum encontrado no café, chá,

guaraná, etc., tem fórmula molecular

CSHlON402. Portanto, é correto afirmar

que 582 g de cafeína contêm:

a) 10 x 6, O x 1023 átomos de hidrogênio.

b) 32 g de oxigênio.

c) 1,44 X 1025 átomos de carbono.

d) 12 átomos de nitrogênio.

e) 3 moléculas de cafeína.

4

2

3

Questão Q20.

Admitindo que em todos os experimentos

a queima foi completa, o estudante fez as

três afirmações seguintes:

400

Temperatura ('C)

25

(UFMG-99) O gráfico descreve a variação

de massa observada quando 84 mg de bicar

bonato de sódio, NaHC03(s), são submeti

dos a aquecimento. A diminuição de massa

deve-se à perda dos produtos gasosos.

Considerando o gráfico, assinale a alter

nativa que apresenta uma reação compa

tível com a variação de massa observada.

54

53 .---------------------------,

Exercício Q16.

a) NaHC03 (s) - NaH (s) + CO2 (g) +1/2 O2 (g)

b) NaHC03(s) -1/2 Na2C03(s) + 1/2 C02(g) +1/2 H20 (g)

c) NaHC03 (s) - NaOH (s) + CO2(g)

d) NaHC03(s) -1/2 Na20 (s) + 1/2 H20 (g) +CO2 (g)

(UFV) O gás de cozinha é formado princi

palmente pelos gases butano e propano. A

reação que ocorre no queimador do fogão

é a combustão desses gases. A equação a

seguir representa a combustão do butano.

2 C4H10+ 13 O2- 8 CO2+ 10 H20

A massa de água que pode ser obtida a

partir da mistura de 10 g de butano com

10 g de oxigênio é:

a) 20 g. d) 15,5 g.

b) 3,1 g. e) 10 g.

c) 4,3 g.

b) a massa total dos produtos sóli~os é

300,0 g.

c) a quantidade de O2(g) produzida é 1 mol.

d) as quantidades, em mol, de cada um

dos produtos são iguais.

gj'0c'ctl1Ii.o Ol::l "'"<fi-

<fi <fi

~~ctl '0<fi <fi<fictl

::;:


>- .~

Exercício Q16.

b) a massa total dos produtos sóliq.os é

300,0 g.

c) a quantidade de O2(g) produzida é 1 mol.

d) as quantidades, em mol, de cada um

dos produtos são iguais.

(UFPB-2000) A cafeína, um estimulante

bastante comum encontrado no café, chá,

guaraná, etc., tem fórmula molecular

CSH10N402' Portanto, é correto afirmar

que 582 9 de cafeína contêm:

a) 10 x 6, O x 1023 átomos de hidrogênio.

b) 32 9 de oxigênio.

c) 1,44 x 1025 átomos de carbono.

d) 12 átomos de nitrogênio.

e) 3 moléculas de cafeína.

(UFPB-98) Um comprimido de aspmna

contém 120 mg de ácido acetilsalicílico

C9HS04. O número de moléculas do ácido

contidas em um comprimido de aspirinaé:

(UFSCAR-2000) Durante uma aula de la

boratório, um estudante queimou ao ar

diferentes massas iniciais (rni) de espon

ja de ferro. Ao final de cada experimento,

determinou também a massa final resul

tante (rnf). Os resultados obtidos estão

reunidos na tabela a seguir.

a) 4, O x 1023•

b) 4, O x 101S•

c) 6, O X 1023•

d) 7,2 x 1023•

e) 4, O x 1020•

400

Temperatura ('C)

25

53 ---------------------------

(UFMG-99) O gráfico descreve a variação

de massa observada quando 84 mg de bicar

bonato de sódio, NaHC03(s), são submeti

dos a aquecimento. A diminuição de massa

deve-se à perda dos produtos gasosos.

Considerando o gráfico, assinale a alter

nativa que apresenta uma reação compa

tível com a variação de massa observada.

54

a) NaHC03 (s) - NaH (s) + CO2 (g) +

1/2 O2 (g)

b) NaHC03(s) -1/2 Na2C03(s) + 1/2 C02(g) +1/2 H20 (g)

c) NaHC03 (s) - NaOH (s) + CO2(g)

d) NaHC03(s) -1/2 Na20 (s) + 1/2 H20 (g) +CO2 (g)

Vl'"

'13<::

<'"üí-.o'":o2SVl VlVl '""'-o

"O :.='" -o(J) (J)(J)'"::e

:> ;>.

Admitindo que em todos os experimentos

a queima foi completa, o estudante fez as

três afirmações seguintes:

1,204

1,200

1,205

1,207

1,18

1,26

1,00

1,34

1.05

1,11

0,830

0,980

2

4

3

, ;

Questão Q20.

(UFV) O gás de cozinha é formado princi

palmente pelos gases butano e propano. A

reação que ocorre no queimado r do fogão

é a combustão desses gases. A equação a

seguir representa a combustão do butano.

2 C4H10+ 13 O2 - 8 CO2+ 10 H20

A massa de água que pode ser obtida a

partir da mistura de 10 9 de butano com

10 9 de oxigênio é:

a) 20 g. d) 15,5 g.

b) 3,1 g. e) 10 g.

c) 4,3 g.

/~

162\ QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO

a) Considerando esses três experimentos,

que cor esse indicador apresentará em

contato com o suco de limão, que possui

(Unicamp-98) Indicadores são substân

cias que apresentam a propriedade de

mudar de cor em função da acidez ou basi

cidade do meio em que se encontram. Em

três experimentos diferentes, misturou-se

uma solução aquosa de HCl com uma

solução aquosa de NaOH. As soluções de

ambos os reagentes apresentavam a mesma

concentração em mol/L. Após a misturaacrescentou-se um determinado indicador,

obtendo-se os seguintes resultados:

:. A Lei da Conservação da Massa não foi

obedecida, pois a massa final encontrada

para o sistema em cada experimento é

sempre maior que sua massa inicial.

=. O aumento de massa ocorrido em cada

experimento se deve à transformação de

energia em massa, tendo se verificado a

conservação da soma (massa + energia)do sistema.

=. A relação constante obtida entre a massa

final e a massa inicial do sistema (rnf/rni)'em cada experimento realizado, permite

afirmar que, dentro do erro experimental,os dados obtidos estão de acordo com a Lei

das Proporções Definidas.

Dentre as afirmações apresentadas, o estudante acertou:

a) apenas I.

b) apenas 11.

c) apenas m.d) apenas 1 e lI.

e) 1, II e m.

uma apreciável concentração de subs

tâncias ácidas? Justifique.

b) Que cor apresentará o indicador se

misturarmos os reagentes do experi

mento 1 com os reagentes do experi

mento 3? Justifique.

Q2 (Unicamp-98) Nas salinas, o cloreto de

sódio é obtido pela evaporação da água

do mar a 30°C, aproximadamente.

a) Um volume de água do mar é evapora

do até o aparecimento de NaCl sólido.

Qual é a concentração de NaCl na solu

ção resultante? Justifique a resposta.

b) Que volume de água do mar deve ser

evaporado completamente para a pro

dução de 1,00 kg de NaCl sólido?

At.enção: Nem todos os dados fornecidos a

seguir serão utilizados para resolver os i

tens a e b. Dados: A massa molar da água

é igual a 18,0 g/mol; massa molar do NaCl

é igual a 58,4 g/mol; a solubilidade do NaCl

em água, a 30°C, é igual a 6,16 mol/L,

o que corresponde a 360 g/L; a concen

tração do NaCl na água do mar é igual a

0,43 mol/L, o que corresponde a 25 g/L; a

densidade da água do mar a 30°C é igual a

1,03 g/cm3; a densidade da água pura a

30°C é igual a 0,9956 g/cm3.

Q2 (UFMG-99) A queima do enxofre produz

um dos seus óxidos, S02 (g) ou S03 (g). A

identificação de qual dos dois é, real

mente, produzido pode ser realizada

reagindo esse gás com Ba(OH)2 (aq). As

reações de cada um dos gases, S02 (g) ou

S03 (g), com essa base levam à formação

de um sal, diferente em cada caso, que se

precipita.

a) Escreva a equação balanceada da rea

ção entre S02 e Ba(OHh.

b) Escreva a equação balanceada da rea

ção entre S03 e Ba(OH)2'

c) O gás formado na queima de 3,2 g de

enxofre, ao reagir com excesso de

~.~I,;f

'.ll'

2 mL de HCI

2 mL de HCI2 mL de HCI

+

++

1 mL de NaOH

2 mL de NaOH3 mL de NaOH

amarelo

verdeazul

="agentes

- -. do indicador

QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO 163 ::o-

.-/

Questão Q27.

b) Quantos átomos de oxigênio estão presentes na amostra recolhida?

027. (UFRJ-98) ° gráfico a seguir apresenta a

variação do número de mols de átomos

(átomos-grama) dos três elementos qui

micos que compõem um certo sal, com onúmero de mols desse sal. Cada reta se

refere a um elemento quimico: alumínio,

ametal desconhecido e oxigênio.

•número demais do sal

ametal

número demais

de átomos27

026. (UFRJ-98) ° cálcio é um elemento que

está presente em organismos vivos sob a

forma de diversos compostos. Os ossos e

os dentes, por exemplo, contêm sais de

cáÍcio, tais como fosfato de cálcio e a hi

droxiapatita; as conchas de animais marinhos contêm carbonato de cálcio.

a) ° carbonato de cálcio pode ser obtido

através de uma reação de neutraliza

ção como a esquematizada a seguir:

ácido + base --'.> CaC03 + 2 H20Calcule a massa de carbonato de cálcio

formada quando 12,4 g do ácido são consumidos.

b) A hidroxiapatita (hidroxifosfato de cál

cio) tem a seguinte fórmula química:

Cax(P04hOHDetermine x.

II

I

IIl _

025. (UFRJ-96) Os motores a diesel lançam na

atmosfera diversos gases, entre eles o anidrido sulfuroso e o monóxido de carbo

no. Uma amostra dos gases emitidos porum motor a diesel foi recolhida; obser

vou-se que ela continha 0,1 mol de anidrido sulfuroso e 0,5 mol de monóxido de

carbono.

a) Determine a massa, em gramas, de monóxido de carbono contido nessa amos

tra.

Ba(OHh (aq), produziu 21,7 g de um

sal, que se precipitou. Calcule as mas

sas dos dois sais que seriam produzi

dos a partir dessa massa de enxofre,

caso fosse formado S02 (g) ou S03 (g).

d) Indique qual é o gás produzido. (Dei

xe seus cálculos registrados, de modo a

explicitar seu raciocínio.)

024. (UFMG-98) Um dos causadores da chuva

ácida é o dióxido de enxofre, S02 (g). Naatmosfera, o dióxido de enxofre é conver

tido em trióxido de enxofre, S03 (g), numa

reação lenta, mas catalisada por partícu

las sólidas em suspensão no ar. ° trióxido

de enxofre reage rapidamente com a água

presente na atmosfera, transformando-se

em ácido sulfúrico, H2S04 (aq). Uma alter

nativa econômica para a diminuição do

dióxido de enxofre lançado à atmosfera éo tratamento das emissões das chaminés

com uma pasta úmida de calcário, CaC03(s),

em presença de um oxidante.

a) Escreva a equação balanceada para a

reação entre dióxido de enxofre, gás

oxigênio e calcário, a qual produz sulfato de cálcio e dióxido de carbono.

b) Considerando a equação obtida em (a),

calcule quantas toneladas de CaC03(s)

seriam necessárias para reagir com 640

toneladas de S02 (g). Deixe seus cálcu

los registrados, de modo a explicitar oseu raciocínio.


a) Escreva o nome do sal que está repre

sentado por esse gráfico, sabendo que

sua massa molar é de 294 g/mol.

b) Calcule a massa de alumínio, em gra

mas, presente em 5 mols desse sal.

(UFOP-2001) ° esmalte dos dentes con

tém o mineral hidroxiapatita, um hidroxifosfato de cálcio. As bactérias ali resi

dentes metabolizam o açúcar que, ao ser

transformado em ácido lático, cria um pH

abaixo de 5 na superfície dos dentes. Isso

facilita o ataque pelo ácido resultando na

cárie dentária. A reação de dissoluçãodesse mineral é:

CalO(P04)6(OHh + H+ -+ Ca2++ H2PO: + H20

a) Determine a soma dos coeficientes

estequiométricos da reação balanceada.

b) Admitindo-se que são produzidos 10 mg

de íons cálcio, determine a massa de hi

droxiapatita perdida pelo dente.

029. (UFOP-2001) Quando uma cebola é corta

da, ocorre desprendimento de S02 que,

exposto ao ar, se oxida a S03' Esse gás

reage com a umidade dos olhos formandoácido sulfúrico, causando-Ihes ardor e la

crimejamento.

a) Escreva as reações químicas envolvi

das nesse processo.

b) Admitindo-se que 100 g de cebola produ

zam 9,8 mg de ácido sulfúrico, determine

a porcentagem de enxofre na cebola.

030. (UFMG-2000) A chuva ácida, resultante da

combinação de óxidos - por exemplo, os de

enxofre - com a água presente na atmos

fera, é, na atualidade, um dos grandes

problemas de poluição ambiental. Um deseus efeitos danosos consiste na corrosão

de monumentos de mármore, material cons

tituído, essencialmente, de CaC03. Nessa

corrosão, ocorre a liberação de um gás.

a) Escreva a equação balanceada da reaçãodo ácido sulfúrico com o carbonato de

cálcio.

b) Considere que, numa parte côncava deuma estátua de mármore, acumularam

se 2 litros de água de chuva ácida de pH

igual a 5,0. Calcule a quantidade de

H+ (aq), em mo1, presente nesse volume

de água. (Deixe seus cálculos registra

dos, explicitando, assim, seu raciocínio.)

c) Suponha que o H+ (aq) presente na á

gua de chuva ácida seja fornecido pela

dissolução completa de H2S04 (aq).

Calcule a quantidade de H2S04, em mo1,

responsável pela formação de H+ (aq)

determinada em (b). (Deixe seus cálcu

los registrados, explicitando, assim, seu

raciocínio. )

d) Calcule a massa de carbonato de cálcio,

em gramas, que reagirá completamen

te com a quantidade de H2S04 calculada

em (c). (Deixe seus cálculos registrados,

explicitando, assim, seu raciocínio.)

031. (UFSCAR-2000) Um homem exala cerca de

25 mols de dióxido de carbono por dia em

sua respiração. ° acúmulo de dióxido de

carbono em recintos fechados pode tornar

impossível a sobrevivência de seres vivos,tornando-se necessário controlar seu nível

no ambiente. Durante a primeira viagem debalão sem escala ao redor da Terra, realiza

da em 1999, o nível de dióxido de carbono

na cabina do balão foi controlado pelo uso

de hidróxido de lítio sólido. No processo,

ocorre reação entre o hidróxido de lítio e odióxido de carbono, formando carbonato

de lítio sólido e água como produtos.

a) Escreva a equação balanceada da rea

ção entre hidróxido de lítio e dióxidode carbono.

b) Calcule a massa de hidróxido de lítio

(massa molar = 24 g/mol), necessária

para reagir com todo o dióxido de car

bono exalado na respiração de um ho

mem durante um dia. Suponha que a

reação de absorção do dióxido de carbono ocorra com 100% de rendimento.


•

capítulo

Introdução àstransformações.~, .q Imlcas

os materiais podem sofrer várias

transforma ões que têm sido usadas pelohomem, ao longo de sua história, para produzirnovos materiais, conservar alimentos, obter ener

gia, combater doenças para melhorar a qualidade

e aumentar a expectativa de vida da espéciehumana.

Figura 6-1: Os materiais sofrem transformações, como oalumínio, que é resultado da transformação da bauxita.

Figura 6·2: O pintor Debret retratou como o fogo foi uminstrumento importante para os povos indígenas, pararealizar transformações nas substâncias.

Na história da humanidade, a construção

dos primeiros instrumentos e ferramentas envolveu a transformação de pedaços de rochas errobjetos para uso cotidiano. O uso do fogo teveprovavelmente, um grande impacto no modo o;õvida dos povos primitivos.--------------

Como reconhecer umatransformação química?

Nesta atividade, vamos discutir alguns fenô

menos, com o objetivo de analisar as caracteristi

cas dos materiais antes e depois da transformação

que sofreram, de modo a evidenciar a ocorrência ou

não de reações químicas.

Vamos trabalhar com algumas reações químicas, caracterizando o sistema inicial - antes da

transformação - e o sistema final - depois da

transformação. Esta atividade tem a finalidade de

reconhecer que evidências permitem dizer que

uma reação química ocorreu. Procuramos eviden

ciar a produção de novos materiais.


Figura 6-4: A queima do papel é acompanhada de evidências de que o fenômeno da combustão está ocorrendo.

Neste capítulo, estudaremos alguns aspectosdas transformações químicas, começando por discutir como reconhecê-Ias por meio de evidências.

Figura 6-3: A extração de corantes vegetais envolve trans

formações.

Apesar de saber transformar todos essesmateriais, apenas recentemente o homem conse

guiu formular explicações gerais que permitiramsistematizar o conhecimento sobre essastransfor

mações, de modo a organizá-Ias em algumas classes de fenômenos. Assim, a queima de materiaiscombustíveis, a obtenção de metais e a produçãode bebidas, inicialmente consideradas como fenômenos diversos, constituem, atualmente, uma úni

ca classede transformações: as reações químicas.

Pode-se reconhecer uma transformação

por meio de suas evidências macroscópicas, que

normalmente são algum tipo de alteração queocorre no material e que, muitas vezes, nos indica que está havendo transformação. Assim,quando queimamos um pedaço de papel, temosuma série de evidências de que o fenômeno dacombustão está ocorrendo: a chama, a produçãode cinzas, a liberação de fumaça, etc.

Inicialmente usado para cozinhar os ali

mentos e proteger do frio, tornou-se, com o passar dos tempos, um importante instrumento de-ransformação da natureza. As tribos que soubessem obtê-Io e usá-Io certamente teriam vantagem

sobre outros grupos. Com o uso do fogo, o homem chegou à obtenção de metais, o que permi+iu a fabricação de objetos resistentes e duráveis,como ferramentas, armas e utensílios domésticos.

Além da obtenção de utensílios, outrasransformações são conhecidas há muitos sécu

os, como aquelas envolvidas na fabricação debebidas, na conservação de alimentos, na extra

ção de corantes vegetais no tratamento de pelesde animais, etc.

03. Há alguma evidência de que ocorreu uma

transformação?

04. Você seria capaz de identificar que novassubstâncias foram formadas?

05. Se você determinasse a massa (mi) do sis

tema inicial (solução de ácido clorídrico e

zinco separados) e a massa (mf) do sistema

final, depois que a transformação se com

pletou, você acha que mi seria maior, menor

ou igual a mf? Justifique.

Qó, Se a reação tivesse se passado em um sis

tema fechado, por exemplo, num tubo de

ensaio fechado com uma rolha, sua respos

ta ao item Q5 seria a mesma? Justifique.

A queima de uma fita de

magnésio ()""- (' __I \\11C-\ ~-) \\1\[10'o) (\ '- "Material

Lamparina, fita de magnésio e garra de madeira.

ZnHCI

[A1] Adicione a solução de ácido clorídrico, em

uma concentração de 1 mol/L, até a altura

de 1/3 de um tubo de ensaio.

[A2] Coloque, no tubo com ácido clorídrico, um

pedaço de zinco.

Figura 6-5: Solução de ácido clorídrico e pedaços de zinco. Cuidado ao manipular o ácido clorídrico, pois ele é cor

rosivo. Não respire seus vapores!

»> O que fazer

Material

Um tubo de ensaio, pedaços de zinco (peque

nos) e ácido clorídrico (Cuidado ao manipular oácido clorídrico, pois ele é corrosivo. Não respire os vapores. No caso de contato com a pele,lave com água em abundância).

__ A reação entre ácidoclorídrico e zinco

i~

\

,.-",

~~___iõ'

--..l.

Figura 6-6: Fita de magnésio.

» Questões

o1. Descreva as características macroscópicas do

sistema inicial (solução de ácido clorídrico e

pedaço de zinco separados) antes da imer

são do zinco na solução.

02. Descreva as características macroscópicas do

sistema quando você adicionou o zinco à

solução de ácido clorídrico.

»> O que fazer

[A3} Segure uma fita de magnésio com uma garra

e aproxime-a da chama de uma lamparina

seguindo as orientações de precaução. Nesse

procedimento, você deve tomar muito cui

dado: procure utilizar o material de prote

ção adequado para realizá-lo. Se possível,use luvas e óculos de proteção.


...•> .>

I

HCI NaOH

___ A reação entre soluções deácido clorídrico e hidróxido de sódio

na presença de fenolftaleína

Material

Solução de hidróxido de sódio 5 mol/L, solução alcoólica de fenolftaleína, solução de ácidoclorídrico 5 mol/L e um tubo de ensaio.

Figura 6-9: Soluções de ácido' clorídrico e de hidróxido desódio e fenolftaleína.

Figura 6-8: Soluções de ácido clorídrico e hidróxido desó dia.

» Ouesto

o 1 Descrevaas características do sistema inicial

(solução de ácido clorídrico e solução dehidróxido de sódio) antes da transformação.

HCI NaOH fenolftale -

02 Descreva as características do sistema apósa adição da solução de ácido clorídrico àsolução de hidróxido de sódio.

02 Há alguma evidência de que está ocorrendouma transformação?

02 Você seria capaz de identificar que novassubstâncias foram formadas?

Se você determinasse a massa (mü do sistema inicial (solução de hidróxido de sódio esolução de ácido clorídrico separados) com amassa (mf) do sistema final, depois que atransformação se completou, você acha quemi seria maior, menor ou igual a mf? Justifique.

Q} Se a reação tivesse se passado em um sistema fechado, por exemplo, num tubo deensaio fechado com uma rolha, sua resposta ao item Q23 seria a mesma? Justifique .

••• :> 136 QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO

»> Oque fazer

AS Coloque a solução de hidróxido de sódio ::mol/L até 1/4 do tubo de ensaio.

A9 Adicione, ao mesmo tubo, 2 gotas de solução alcoólica de fenolftaleína.

AIO Em seguida, adicione solução de ácido clorídrico 5 mol/L ao mesmo tubo, até dobrar volume da solução.

» Ouestões

025. Descreva as características do sistema inicial

(solução de hidróxido de sódio, solução de

feno lftaleína e solução de ácido clorídrico)antes da transformação.

026. Descreva as características do sistema quan

do você adicionou gotas da solução de ~nolf

taleína à solução de hidróxido de sódio.

027. Há alguma evidência de que está ocorrendo

uma transformação?


029. Descreva as características do sistema quando você adicionou a solução de ácido clorí

drico à solução de hidróxido de sódio con

tendo gotas da solução de fenolftaleína.

030. Há alguma evidência de que está ocorrendouma transformação?


As evidências garantem queocorreu uma transformaçãoquímica?

Na atividade 1, realizamos alguns experimentos

nos quais o estado final de alguns sistemas eradiferente do estado inicial. Tivemos a o ortunidade

de observar, nos diferentes sistemas com que tra

balhamos, a produção de gases, a produção de luz,

a formação de precipitado, a liberação de calor e a

mudança de cor.

Essas modificações são evidências de que ocor

reu a produção de novos materiais naqueles sis

temas. Por isso, podemos inferir que, provavel

mente, aconteceu uma transformação ou reação

química em cada um desses sistemas. Ao trabalhar

com evidências, no entanto, sempre pode haver dú

vidas se houve realmente um~ transformação química.

A existência de uma evidência garante que

houve produção de novos materiais numa transfor

mação qualquer?

Poderiam ocorrer reações sem uma modificaçãoobservável no sistema?

I

r

II

Figura 6-10: Evidências de transformação.

Evidências de transformação

Nesta atividade, vamos aprofundar um poucoessa discussão com a finalidade de delimitar melhor

o papel das evidências na identificação das reaçõesquímicas.


/

Material

Água, refrigerante, sal de cozinha, açúcar, um

comprimido efervescente e três copos.

()

Figura 6-11: Materiais que você utilizará nessa atividade.

»> O que fazer

A11 Vamos trabalhar com os seguintes sistemas:

a) sal de cozinha e água; b) refrigerante e

açúcar; c) água e comprimido efervescente.

Construa uma tabela, para todos os siste

mas, com as caracteristicas dos componentes

no estado inicial, os registros das observa

ções durante as transformações que ocorrerão e as características no estado final de

cada sistema.

A12 Identifique os copos com os números 1, 2 e 3.Adicione 20 mL de água nos copos 1 e 3 e

20 mL de refrigerante no copo 2.

A13' Adicione uma colher (de chá) de sal ao copo

1, uma colher de açúcar ao copo 2 e meio

comprimido efervescente ao copo 3.

>

Ao observar as transformações ocorridas, que

diferenças podem ser reconhecidas entre ossistemas 1, 2 e 3?

O gás liberado nos sistemas 2 e 3 já existiaem cada um dos sistemas iniciais?

Nos sistemas observados, houve produção denovo material? Em caso afirmativo, como se

pode evidenr.iar esse fato?


Comentários

No sistema 1, ao adicionarmos sal de cozinha

em água, há formação de uma solução aquosa, com

algumas características diferentes dos materiais

iniciais. Por exemplo: a solução de sal de cozinha

é boa condutora de eletricidade, o que não ocorre

com a água e o sal sólido separadamente.

Figura 6-12: A adição de sal à água forma uma soluçãocondutora.

No sistema 2, ao adicionarmos açúcar ao refri

gerante, observa-se um grande desprendimento de

gás. Esse gás, no entanto, já estava presente nosistema inicial, dissolvido no líquido do refrige

rante. Você já deve ter observado bolhas de gás que

se desprendem quando transferimos o refrigerante

de uma garrafa para um copo, ou quando abrimos

um refrigerante quente. A adição do açúcar apenas

acelera a liberação do gás. Uma outra forma de li

berar o gás, só que mais lentamente, é deixar o

refrigerante aberto por muito tempo. Sob aqueci

mento, o gás também é liberado mais rapidamente.

Figura 6-13: A adição do açúcar acelera a liberação do gásjá existente no refrigerante.

~!I

Figura 6-75: O aparecimento da caseína é uma evidência

de que ocorreu uma transformação.

Esses tipos de evidências são formas simples e

diretas de reconhecimento de reações químicas e

podem envolver um ou mais dos seguintes fenô

menos: a formação de gases, a mudança de cor,a formação de sólido, a liberação ou absorçãode energia na forma de calor, a liberação deeletricidade ou luz, etc. Não podemos ter certeza,

no entanto, de que ocorreu uma reação química

baseados apenas nessas evidências. Uma forma

mais segura de obter informações sobre a natureza

de uma transformação é o isolamento dos materi

ais obtidos, seguido da determinação de algumas

de suas propriedades, como as temperaturas de

fusão e de ebulição, a densidade, etc.

A constatação de que essas propriedades são

diferentes daquelas dos componentes do sistema

inicial é uma forma mais segura de comprovar a

ocorrência de reações químicas. Na prática, esse

último procedimento só é usado quando trabalha

mos com reações desconhecidas, para as quais não

se tem certeza sobre a natureza dos produtos. O

conhecimento das evidências de reações químicas é

uma ferramenta empírica poderosa que ajuda os

químicos a ganhar tempo na caracterização das

transformações.

A dissolução de açúcar em água e as mudanças

de fase da água são exemplos de fenômenos em

que ocorrem transformações do estado físico no

lação da caseína do leite, usando coalho, o apare

cimento de coágulos do leite também é evidência

de que ocorre reação.

o reconhecimento de reações qmmlcas está

relacionado à presença de evidências que permitem

diferenciar o estado final quando comparado ao

estado inicial do sistema. Dentre os exemplos estu

dados, uma das evidências foi a produção de gás.

Há várias outras evidências para o reconheci

mento de reações químicas. Por exemplo, na coagu-

As vid'"ncias e or conhecimento deeaç ~es químicas

Se você evaporar a água do sistema 3 no seu

estado final, é possível obter novamente omaterial do comprimido?

Esse material produziria efervescência ao

ser colocado na água?

_-o sistema 3, ao adicionarmos o comprimido

=... scente à água, libera-se gás. Esse gás, no

~-to, não estava presente nem no comprimido

=- na água, mas foi produzido pela interação do

- _rimido com a água. Esse tipo de transfor--=~-o, em que materiais não existentes inicial-

=....e no sistema são produzidos, é chamado de

-=;ão química ou transformação química. A evi

_==-ciapara essa reação é a produção de gás.

=gura 6-74: Nesse sistema, o gás não estava presente, mas

=:; formado pela interação da água com o comprimido.


qual o material se encontra. Uma caracteristica

comum a esses dois fenômenos é que não há pro

dução de novos materiais. Além disso, é possívelobter novamente o material no seu estado inicial.

Ou seja, é possível obter a água no estado liquido

pelo resfriamento do vapor e obter o açúcar no es

tado sólido pela evaporação do solvente.

Figura 6-16: Numa translormação de estado lísico não háformação de novo material.

A outra classe de fenômenos que observamos

são as reações químicas. Nesse caso, há formação

de novos materiais. Quando as reações são irrever

síveis, a exemplo das que foram estudadas, não é

possível obter novamente os materiais iniciais. Em

reações reversíveis, isso é possível.

Concluindo, as reações químicas são geral

mente acompanhadas de transformações físi

cas, que permitem evidenciar sua ocorrência. O

que podemos reconhecer são as transformações

físicas, pois não há uma evidência direta de

que o fenômeno ocorrido caracteriza uma rea

ção química. É o nosso conhecimento empírico

acumulado que permite identificar, por meio

dessas transformações físicas, os casos em que

há produção de novos materiais e, portanto,

reações químicas.


» O p~tões

Dos fenômenos relacionados a seguir, quais

podem ser classificados como re'ações quími

cas? Justifique, descrevendo os estados inicial e final para cada caso e citando as evidências.

a) Dissolução de KMn04 em água.

b) Mistura de tinta azul com tinta amarelapara produzir tinta verde.

c) Fusão da naftalina.d) Formação de ferrugem.

e) Mistura de soluções bastante diluídas deNaOB e BCl.

f) Queima de uma vela.

Q3 Com base nas respostas da questão anteriore nas características das transformações dis

cutidas, responda às perguntas que foram

feitas na introdução desta atividade:

a) A existência de uma evidência garante

que houve produção de novos materiaisnuma transformação qualquer? Justifique

sua resposta.

b) Poderiam ocorrer reações sem uma modificação observável no sistema? Justifique

sua resposta.

A massa é conservada nasreações químicas?

Vamos investigar algumas características -=

duas reações químicas diferentes. Nosso objetivo ;;

verificar se a massa do estado inicial é igual à mas

sa do estado final ou diferente dela. A noção c;;

conservação da massa é importante para a dis

cussão do tipo de transformação envolvida nur:;:.;;

reação química, já que só podemos analisá-la :_

meio da caracterização do que se conserva durar-=

essa transformação - sua identidade.

Sem essa identidade, seria impossível perceJ:=..

que o sistema, depois da transformação, tem at

ma relação com o sistema antes dela. Você, _

exemplo, nunca é a mesma pessoa todos os cI..E.:

:;:ois está se transformando constantemente, seja:isica ou mentalmente. Seus familiares e amigos,::0 entanto, são capazes de reconhecê-lo(a) como a:::lesmapessoa, mesmo que fiquem algum tempo.:emvê-lo(a). Isso é possível porque algo se conser~ u na sua aparência, apesar das mudanças. A:ientidade é uma característica fundamental de

:odos os sistemas que estão em transformação.

Nas reações químicas, como em qualquer outra::ransformação, também se observa essa caracterís":ca. Algumas características permanecem cons:antes durante o .processo, enquanto outras mu::amoAté agora enfatizamos as mudanças que ocor:em num sistema reagente. Agora, vamos começar~ nos preocupar com O que se conserva.

A reação do bicarbonato de# dio com o ácido clorídrico

Vamosestudar uma transformação química queenvolve a interação entre o bicarbonato de sódio• aHC03) e o ácido clorídrico (HC1)para compreen

::er o que ocorre com a massa total antes e após a:eação ocorrer. Observemos esse fenômeno em um. tema aberto e em um sistema fechado.

eação em sistema abertoateriais

Bicarbonato de sódio, garrafa PETde 600 mL,ª-cidoclorídrico 5 mol/L, balança, béquer de 50 mL,_ bo de ensaio e uma espátula ou colher de so:::remesa.

»> O que fazer

A14 Transfira aproximadamente 2,0 g (duas colheres de sobremesa) de bicarbonato de sódio para uma garrafa PET de 600 mL; emseguida, adicione 40 mL de água.

A1S Transfira, com cuidado, 5 mL de ácido clorídrico 5 mol/L para um béquer de 50 mL.

A16 Pese o béquer juntamente com a garrafa PET

e anote o valor da massa (mpET + mbéquer).

A17 Transfira o ácido para o garrafa PETe aguarde até a reação se completar.

Figura 6-17: Materiais de que você vai precisar nesseexperimento.

A1S Pese novamente todo o conjunto (mpET +mbéquer) e anote o valor da massa encontrada. (Obs.: Anote também os valores obtidospelos outros grupos.)

A19 Construa uma tabela com os dados obtidos

por todos os grupos da classe, com massa(em gramas) do sistema antes e depois dareação.

A reação em sistema fechado

»> O que fazer

A20 Repita o mesmo procedimento indicado noitem A14. Em seguida, proceda da seguinteforma:

A21 Transfira, com cuidado, 5 mL de ácido clorídrico 5 mol/L para um tubo de ensaio pequeno.

A22 Introduza o tubo na garrafa PET, de modoque o ácido não escoe entrando em contatocom a água com bicarbonato. Em seguida,tampe a garrafa firmemente.

A23 Pese o conjunto e anote o valor da massainicial do sistema (mj).

A24 Incline a garrafa PET,de modo que o ácidoescoe lentamente; após a reação ter se processado, pese novamente o conjunto e anote o valor da massa final do sistema (mf).

QUÍMICA PARA o ENSINO MÉDIO 14' .

:> :> :>.A25 Construa uma tabela com os dados obtidos

por todos os grupos da classe, com a massa

(em gramas) do sistema antes e depois da

reação.

Figura 6-18: Veja como o tubo de ensaio deve ficar dentroda garrafa PET para evitar o contato entre as duassoluções.

Que evidências permitem afirmar que ocor

reram reações químicas?

Compare os valores obtidos para as massas do

sistema, antes e depois da reação, nos dois

casos (sistemas aberto e fechado). O que vocêpode constatar?

A que você atribui a diferença observada?

Com os dados de sua tabela, é possível afir

mar que a massa se conserva numa reaçãoquímica?


A reação entre hidróxidode sódio (soda cáustica) e sulfatode cobre

Materiais

Solução de NaOH, solução de CUS04, balança,

dois béqueres de 50 mL, dois bastões de vidro e colher de chá.


»> O que fazer

[A26 Prepare uma solução de soda cáustica emum béquer de 50 mL (NaOH - Cuidado!), dissolvendo uma colher de chá de soda cáusti

ca em 25 mL de água. Agite o sistema utilizando um bastão de vidro ou a colher.

A27' Prepare uma solução de sulfato de cobre

(CUS04) no outro béquer de 50 mL, dissol

vendo uma colher (de chá) de sulfato de

cobre em 25 mL de água. Agite o sistema utilizando um bastão de vidro ou a colher.

A28 Pese os dois béqueres contendo as soluções,

juntos, e obtenha a massa inicial do sistema

(mü·

"A34 Construa uma tabela com os dados obtidos


(em gramas) do sistema antes e depois da

reação.


04 Que evidências permitem afirmar que ocor

reu uma reação química?

Q4 Com os dados da sua tabela, é possível afir-mar que a massa conserva-se numa reação

química? Como você explica os dados obtidos?

o Comparando os valores obtidos para as mas

sas dos sistemas, antes e depois da queima,o que se pode constatar? Você esperavaobter esse resultado?

A queima de lã de aço

Que evidências permitem afirmar que ocor

reu uma reação química?

Comparando os valores obtidos para as mas

sas do sistema, antes e depois da reação, o

que se pode constatar? Você esperava obteresse resultado?

Com os dados da sua tabela, é possível afir

mar que a massa é conservada numa reação

química?

• Compare essa reação com a anterior (entre o

bicarbonato de sódio e o ácido clorídrico).Por que não foi necessário usar um frasco fe

chado para constatar a conservação de mas

sa na reação do sulfato de cobre com a sodacáustica?

Transfira, lentamente, a solução de sulfato

de cobre para o frasco contendo soda cáus

tica, agitando a solução resultante com umbastão de vidro.

Torne a pesar os dois frascos após a reação

se completar e obtenha a massa final do sistema.

Construa uma tabela com os dados obtidos


(em gramas) do sistema antes e depois dareação.

lestõ

Materiais

Pedaço de lã de aço, um béquer de 250 mL,

balança e fósforo.

»> Oque fazer

A32" Coloque um pedaço de lã de aço no béquerde 250 mL. Pese o sistema e anote a massa

inicial do sistema.

[A33J Utilizando fósforos ou um isqueiro, queimea lã de aço dentro do béquer. Procure quei

mar o material completamente. Pese novamente o sistema e anote a massa final do

sistema.

Q!) Complete a seguinte afirmação: nA massa se

conserva nas reações químicas ... ", de modo

que ela possa exprimir uma conclusão obtida com as três reações estudadas nestaatividade.


A massa é conservada nasreações químicas?

É comum a idéia de que objetos, ao serem

queimados, ficam mais leves. Isso se deve ao fato

de lidarmos, em nosso cotidiano, com um grande

número de combustões que envolvem produtos

gasosos. Por exemplo, o etanol (C2H50H) tem

como produtos de sua queima gases como dióxido

de carbono (C02) e vapor de água, entre outros.

Figura 6-21: Como

algumas combustões produzem gases, é comum ter

mos a idéia de quecom a queima osobjetos ficam mais"leves".

Se a reação ocorre em sistemas abertos, esses

gases fIcam dispersos na atmosfera. Ao contrário

do que ocorre com uma vela ou um pedaço de

pa'1A (ujos produtos também incluem substâncias

;asosas, a lã de aço, ao ser queimada, tem sua mas"a aumei'tada.

A maioria das combustões envolve a partici

pação c'o oxigênio (02), chamado comburente. Os

P1'"Od •.t0~ formados terão, em sua composição, áto

mus de oxigênio; por exemplo: CO2,H20, CuO, FeO,

Fe203, 'te. Como o óxido de cobre e os óxidos de

ferro SdO sólidos, com elevadas temperaturas de

- são, a temperatura que se atinge durante a

queima da lã de aço ou de um fio de cobre não é

suficiente para volatilizá los. Já o dióxido de car

bono é uma substância gasosa e a água pode ser

facilmente vaporizada. Assim, ambos são desprendidos para a atmosfera.


Figura 6-22: Em alguns casos, a massa do sistema aumerta com a combustão.

Deve-se observar que a queima do papel e c.:.

vela, assim como a queima da lã de aço, não cor,

traria a conservação da massa nas reações quírnl

caso A soma das massas dos reagentes é igual =.

soma das massas dos produtos, mas nesse caso s:podemos constatar a conservação de massa em sis

temas fechados, pois nessas reações estão envolv:.

das substâncias gasosas, sejam como reagentes 0_

como produtos.

° fato de que a massa é conservada nas reaçõe~

químicas é importante para podermos, mais ad:

ante, representar as reações por equações usand::

símbolos químicos. A conservação da massa é um=.

forte evidência a favor da idéia de que nas reaçõ~

químicas a matéria não é criada nem destruída

mas apenas se transforma por meio do rearran'

dos átomos que a constituem. Lavoisier (1743

1794), ao anunciar esse princípio, teria dito que "I1ê.

natureza nada se perde, nada se cria, tudo setransforma".

Para representarmos as reações químicas por

meio de equações, temos que usar fórmulas quími

cas e símbolos para indicar os reagentes e os pro

dutos da reação.

Os símbolos dos elementos nos permitem re

presentar as substâncias por fórmulas moleculares,

que indicam, normalmente, os elementos partici

pantes na composição da substância e a proporção

A representação das reaçõesquímicas

Essa conclusão é importante porque limita que

produtos podem ser esperados de uma reação. O

ideal dos alquimistas - obter ouro, submetendo

enxofre e mercúrio a várias transformações - é

impossível, pois as substâncias simples mercúrio e

enxofre são formadas por átomos de elementos

diferentes daqueles que formam a substância sim

ples ouro. Eles não são constituídos por átomos do

mesmo tipo. Por outro lado, essa interpretação de

que os átomos são conservados numa reação quími

ca não proíbe que se possa tentar obter, a partir do

açúcar comum (sacarose), diamante e água. Afinal,

açúcar é constituído por átomos de carbono, hi

drogênio e oxigênio; o diamante, por átomos de

carbono; e a água, por átomos de oxigênio e hi

drogênio. Se essa reação não acontece é porque há

outras limitações impostas às reações químicas,

que são relacionadas com as mudanças na energia do sistema quando esse é transformado e com

a velocidade com que a reação se processa. Nas

atividades seguintes, vamos estudar alguns desses

fatores para entender um pouco melhor as reações

químicas. Uma resposta mais completa a essas

questões será fornecida em capítulos posteriores.

=-;;ura 6-23: Lavoisier ao enunciar o princípio de conser

ação da massa teria dito que "na natureza nada se perde,-ada se cria, tudo se transforma".

É por isso que a conservação da massa talvez

:eja a principal via para passarmos do nível fenome

::-.ológico, em que podemos observar as transfor

~ações, para o atômico-molecular, em que nos

-ralemos de modelos para tentar explicar o que está

:correndo. As idéias que utilizamos para justificar

"",orque a massa se conserva nas transformações -nada saiu e nada entrou no frasco", "não se acres

:entou nem se tirou nada" - podem ser reinterpre:adas em termos atômico-moleculares. Assim, "não

entrou nem saiu nada" pode ser traduzido para "os

átomos presentes no sistema inicial são os mesmosresentes no sistema final". Ao fazer essa "tradu

;ão", estamos estabelecendo relações entre as cons

:atações sobre a conservação (ou não) da massa eo que isso significa, em nível atômico-molecular,

para a conservação dos átomos.

Uma importante conseqüência desta conclusão

- a massa se conserva porque os átomos dos elementos químicos envolvidos na transformaçãose conservam - é que ela nos dá uma indicação do

tipo de transformação que um determinado mate

rial pode sofrer. Assim, esperamos que os produtos

da reação de combustão da vela serão gás carbôni

co (C02) e água (H20), entre outros, porque a vela

é produzida a partir de uma substância, cons

tituída por átomos de carbono e hidrogênio, que

reage com o oxigênio do ar na combustão. Assim,

os elementos que constituem os reagentes e os

produtos são os mesmos (carbono, hidrogênio e

oxigênio).


Documents

Quantidades nas Transformações Químicas